电动汽车如何充电，电动汽车充电可以是双向的

2020 年，全球电动汽车销量增长了 41%，总销量接近 300 万辆，而这一年的整体汽车销量下降了 6%。所有地区都促成了这一变化：欧盟在 2020 年超过中国成为最大的电动汽车进口国，美国的目标是到 2030 年 50% 的新车队车辆为电动汽车。然而，中国上路的电动汽车仍然比其他任何国家都多地理区域，450 万辆汽车，而欧盟为 320 万辆。IEA 表示，到 2030 年，全球目前上路的 680 万辆纯电动汽车 (BEV) 将增长到 2.5 亿辆。

电气化将继续存在，当成本在本十年晚些时候与传统内燃机汽车 (ICE) 持平时，需求将达到一个起点。反对者很快指出，一个即将到来的逆风是，一旦成本符合要求，充电是限制电动汽车扩散的下一个因素。

当今电动汽车如何充电

如今，大多数电动汽车都是通过使用现有电源进行充电的，其中许多是不可再生的（例如电网电源）。为了保持碳中和或负碳状态并应对气候变化的严重影响，IPCC 的第六次评估报告强烈推荐使用可再生能源。如果充电基础设施要纳入可再生能源供应（太阳能、风能、生物质能、水电），那么这种电力的可用性和可靠性就会受到自然限制。尽管如此，电动汽车是实现交通部门脱碳的重要途径。因此，业界有必要回答以下问题：

• 太阳能在晚上或阴天会发生什么？
• 如果风不是经常吹或吹得不够猛怎么办？
• 可再生能源向电力的转换可以完全无碳吗？

必须审查当前获取电网电力的方法以及为电动汽车充电需要什么来回答这些关键问题。

全球电力采购

初级电网的供电因地区而异。在给定的地理区域内，邻近能源也可以不同。下图 1中的图表提供了世界如何制造能源的高级视图。一些亮点：

• 煤炭仍然在全球格局中占主导地位，但正在下降
• 天然气位居第二，自 2010 年以来 TWh 占比不断增加，并保持平稳
• 可再生能源是一个小但正在增长的派别，自 2010 年以来，风能和太阳能取得了指数增长
• 截至 2020 年，全球电力份额为：
  • 34% 煤炭
  • 23% 气体
  • 19% 水电和其他可再生能源
  • 10% 核
  • 7% 风
  • 4% 油
  • 3% 太阳能

图 1：全球电力生产（来源：我们的数据世界）

根据上述研究，全球约 39% 的电力来自低碳能源，包括核能和可再生能源。可再生能源（水电、风能、太阳能等）占全球能源产量的 29%，自 2011 年以来呈线性增长。

随着全球能源需求将继续从 2020 年的 80TWh 增加到 2030 年的 525 至 860TWh，越来越多地转向可再生能源将受到欢迎和需要。人口增长和电气化趋势正在推动这一趋势。然而，增加电力需求的另一个关键因素是减少对化石燃料的依赖的压力越来越大——仍然提供近 2/3 的全球电力——有利于气候友好的可再生能源。

然而，电气化的如此显着增长将给电网容量带来压力，并增加管理可再生存储的挑战，同时增加高峰充电时间的负载。这些障碍为创新技术创造了机会，以减轻需求激增对充电基础设施的影响。其中一项创新将电网和电动汽车之间的电力方向颠倒过来：车辆到电网 (V2G)。

什么是 V2G？

车辆到电网或 V2G 就像拥有易于携带的储能单元，将其从发电站分散。与边缘计算一样，使用道路上每辆电动汽车所携带的电力可以在需要时帮助将电力回馈到电网，同时利用离网充电能力。V2G 开启了电网和车辆之间的双向能量传输。V2G 的工作前提是许多消费者只使用了他们电池容量的一小部分；这种方法优化了电池利用率，以从相同的组件中获得更多收益。

V2G 优化了社会生产、使用和运输电力的方式。车辆电池将与远程储能解决方案联网，以在高峰需求期间增加电力供应，并在车辆充电时（在夜间、低需求期间）进行优化。此外，V2G 通过提供有关他们的能源使用习惯的数据来鼓励车主更积极地管理他们的能源使用，以鼓励他们优化行为以降低成本。它还通过将电力卖回电网的能力为消费者开辟了收入来源。降低电动汽车的总拥有成本是提高全球采用率的基本市场驱动力之一。

此外，考虑到需求和消费者行为的趋势，拥有车辆使用和发电时间的 V2G 电力数据还有助于公用事业公司优化其能源生产。这种好处将有助于降低能源供应商和消费者的成本。

一个社会好处是，V2G 可以在以前没有的地方提供对远程能量存储的访问。为电网或车辆存储、调节和提供按需电力是将车辆的电力使用整合到电网中的一些最具破坏性的好处。

太阳能绿色电动汽车和充电基础设施

绿色电动汽车充电使用太阳能电池板，允许光子激发电子，产生电流流入车辆并填充电池的充电容量。向电网充电或为家庭供电的基础设施是用户的 EV 家庭充电器。连接到电网以将能量传输到电池的相同电气路径用于从电池收集多余的能量并将其提供给电网 - 以公平的市场或协商价格提供。需求和能源可用性将决定能源的去向——进出电网。这种结构提供了按需能源供应，同时节省了多余的能源供以后使用。

将间歇性太阳能与电池存储相结合是一种平滑电力供应能力以供按需使用的自然方式。一旦电池充满电，就可以在需要的方式和地点使用能量——无论是在车内还是在家里。V2G 解决了可再生能源的存储挑战，这是增加可再生能源应用的主要挑战之一。

采用的剩余挑战和障碍

电力有益的一种方式是通过效率。它吸收电池的化学能并将其直接转化为电能，从而消除了通过排放废碳的热能中间体时 30% 的效率损失。虽然是一种有益的解决方案，可以缓解可再生能源的可变性和随着电力需求飙升而造成的电网电力压力，但在大规模采用之前，V2G 仍有一些挑战需要克服。

可以与车辆集成的直流充电具有发展机会，同时需要具有适当尺寸的转换器以从交流电源转换为直流电源以进行能量传输。虽然现有的 AC 到 DC 转换器提供高达 95% 的效率，但许多产品仍然只能提供 80-90% 范围内的效率。因此，必须根据电动汽车的电池尺寸定制功率转换器，并努力提高转换效率，从而直接增加电力输出。

结论和主要内容

由可再生能源驱动的电动汽车将在通过 V2G 管理可再生能源电网法规方面发挥巨大作用。这种方法利用绿色太阳能的可用性来填充电动汽车电池的容量并将其传输到电网和从电网传输。V2G 提供了一种灵活的储能选项，解决了可再生能源的重大障碍。该技术将能源可用性与消费者需求联系起来，积极吸引用户，并为能源供应商和消费者提供最有效和最具成本效益的方法。

审核编辑：符乾江